能源材料概论

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1、概论发展简史材料结构和物理及化学性能的常见检测方法应用举例参考文献定义：相变材料（PhaseChangeMaterials,PCMs）是指材料在相变温度范围内，虽然发生相态的变化（一般为固-液转变），但在相变过程中体积变化很小，并以相变潜热形式从周围环境吸收或释放大屋热屋（热的吸收量或释放量比显热形式耍大得多），而口身的温度保持不变或恒定的一•种功能性材料。相变储能是近年來能源利用及材料科学领域中一个十分活跃的前沿研究方向，其基木原理是利用相变材料的相变储能原理来实现能址的储存和利用，以提高能源的利用效率。相变储热

2、材料在其相变化过程中，可以与外界环境进行热量交换（从外界环境吸收热能或向外界环境放出热量），从而达到控制环境温度和利用能量目的的材料。作为和变材料，应满足如下的耍求：合乎需要的和变温度、足够大的相变热、性能稳定、对反复使用；相变时的膨胀收缩性小；导热性好、相变速度快；相变可逆性好；原料价廉易得等。分类：相变储热材料，按相变温度的范围分为高温、屮温和低温储热材料；按材料的组成可分为无机相变储热材料、有机相变储热材料、复合相变储热材料和金属相变储热材料。通常相变材料是由多组分构成的，包括主储热剂、相变点调整剂、防过冷剂

3、、防相分离剂、相变促进剂等组分。据相变材料相变过程的形态不同，又可分为固•固、固■液、液■气、固・气等四种。由于厉两种相变方式在相变过程中伴随有人量气体的存在，使材料体积变化较人,所以在实际应用屮很少被选屮；固■固和固■液相变储热材料是国内外材料工作者研究的重点对象。1•固•液无机盐相变储能材料固•液相变材料是指在温度高于相变点时，物相由固相变为液相吸收热量，当温度卜•降时物相又1.1无机类等。。例如无机类固一液相变储热材料，主要冇：冇结品水合盐类、氟化物、氯化物、硝酸盐、硫酸盐、金属（包括合金）和其它无机类和变材

4、料（如水）。它们具有较高的相变温度，从几7!■摄氏度至几千摄氏度，因而相变潜热较大。最典型的是结晶水合盐类，使用较多的主要有碱及碱金属的卤化物、硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐及醋酸盐等，如：Mi2SO4.1（）H2O（L硝）、Mg（NO3）2-6H2O（镁硝石）、CaC12・6H2O、CaBr2-6H2O>Na2HPO4・12H2O。结晶水合盐具有使用范围广、价廉、导热系数较大（与冇机类相变材料相比）、熔解热较大、密度大相变时体积变化小等优点，所以得到了广泛的应用。其和变机理为：材料受热时脱去结合水，吸收热量；反乙

5、吸收水分，放出热量。但是这类材料通常存在着两个问题，一是过冷现象，即物质冷凝到“冷凝点''时并不结晶，而须到“冷凝点''以下的一定温度时方开始结晶，致使相变温度发生波动。过冷现象与材料的性质、冷却速度及杂质种类和含量有关，需要加防过冷剂来解决。防过冷剂主要起成核剂和增稠剂的作用，主要包括硼砂、硫酸钙和活性白土等另个问题是相分离，“相分离”现象是指在多次反复的相变过程中，常导致盐水分离，有部分盐类不溶于结晶水而沉于底部，不再与结晶水结合，彤成分层现象，导致储热能力大幅度下降，缩短了使用周期。解决的办法有：加增稠剂、加

6、晶体结构改变剂、盛装相变材料的容器采用薄层结构等。相分离剂主要有高分子吸水树脂、竣甲基纤维素和表而活性剂材料等.实际生产中通常还会添加过量的水，以减少无水盐的形成，防止流化床堵塞，但该方法也导致储热系统需在较大的温度区间内工作.为调节相变温度，可以采用混合和变材料，如不同摩尔比的水合硫酸钠和水合碳酸钠，可调节相变点处于24〜32°C之间。M询商业化生产中为克服水介盐材料的上述缺点，通常采用胶囊封装技术将材料封装于塑料小球屮。具体介绍几种如下：硫酸钠类硫酸钠水合盐(Na2SO4—H20)的熔点32.4°C,溶解潜热:

7、250.8J/g,它具有相变温度不高、潜热值较人两个优点。硫酸钠类储热剂不仅储热量人，而且成本较低，温度适宜，常用于余热利用的场介。然而I•水硫酸钠在经多次熔化—结晶的贮放热过程后，会发生相分离，为了解决这个问题，可加入防相分离剂。L1.2酷酸钠类CH3COONa•3H2O是中低温相变储热材料中极與潜力的储热材料，其熔点为58.2°C,熔解热：250.8J/g,具有较高熔化热、较好导热性、无毒、价格便宜和来源易等优点，能川于储存太阳热能、各种工业和生活废热。但CH3COONa•3H2O用作相变储热材料时，最大的缺点

8、是易产工过冷和相分口现象，使释热温度发生变动，雀_定程度匕限制了其应通常为防止无水醋酸钠在反复熔化—凝固nJ逆相变操作中析岀，耍加入防过冷剂。还耍加入明胶、树胶或阳离子表面活性剂等防相分离剂。CH3COONa「3H2O在加热相变过卅屮和少为无水CH3COONa,并部分溶解于结晶水中。、析出的无水CH3COONa颗粒因密度丿、啲沉积到容器底部，从而形成固态CH